氨以其良好的熱力學(xué)性能及對大氣層無任何不良反應(yīng)等特性，正取代氟利昂而被廣泛應(yīng)用于大型制冷裝置中，但是由于氨具有易燃、易爆、有毒等物理性質(zhì)，發(fā)生氨泄漏事故會造成人員生命和財產(chǎn)損失的嚴(yán)重后果，在局部空間內(nèi)部的液氨泄漏事故，尤其是中毒傷害，比室外氨泄漏事故造成的損失更大。制冷站空間狹小，如發(fā)生氨泄漏事故時采取應(yīng)急措施不當(dāng)，氨會在短時間內(nèi)擴(kuò)散，布滿整個站內(nèi)空間，嚴(yán)重威脅到工作人員和救援人員生命安全。國內(nèi)外對室外環(huán)境液氨儲罐泄漏和擴(kuò)散做了大量研究，包括泄漏事故的理論機(jī)理、泄漏狀態(tài)變化及影響因素等，《冷庫設(shè)計規(guī)范》GB50072-2010中也規(guī)定了“壓縮機(jī)房貯氨器上方宜設(shè)置水噴淋系統(tǒng)和選用開式噴嘴”，噴淋系統(tǒng)作為救援裝置，氨泄漏事故發(fā)生時，其可以迅速降低站內(nèi)空氣中氨氣濃度、減緩氨氣擴(kuò)散速度，降低事故嚴(yán)重程度，已經(jīng)得到大量應(yīng)用。但是對于噴淋系統(tǒng)并未給出明確的布置要求，如噴嘴布置參數(shù)、出水壓力及噴嘴間距等，對多家制冷站調(diào)研過程中發(fā)現(xiàn)，噴嘴布置的確不統(tǒng)一，主要常見為貯氨器側(cè)上方“邊墻布置”及正上方“頂板布置”，這類隨意布置的情況會嚴(yán)重影響噴淋系統(tǒng)對泄漏氨的吸收，降低救援效果。為確定適用于制冷站的噴淋系統(tǒng)工作壓力、噴嘴設(shè)置位置及噴嘴間距，本文進(jìn)行以下方面研究： 1.采用Fluent對制冷站氨泄漏后氣體湍流擴(kuò)散運動進(jìn)行模擬，分析氨氣IDLH（Immediately Dangerous to Life or Health concentration）區(qū)域、爆炸危險區(qū)域及低溫危險區(qū)域變化趨勢，總結(jié)站房內(nèi)部危險區(qū)域分布特性。 2.采用離散相模型及壓力-旋流霧化模型對噴淋系統(tǒng)進(jìn)行模擬，選取顆粒軌道模型跟蹤液滴運動，通過改變噴嘴工作壓力，監(jiān)測液滴索太爾平均直徑（SMD）大小及液滴下降速度，優(yōu)化噴嘴霧化效果。 3.噴嘴采用貯氨器側(cè)上方邊墻布置，觀測制冷站內(nèi)氨氣IDLH區(qū)域及爆炸危險區(qū)域，分析此種布置方式對氨泄漏事故應(yīng)急處置的適用性。 4.噴嘴采用貯氨器正上方頂板布置，通過改變噴嘴位置、噴嘴個數(shù)及間距，觀測制冷站內(nèi)氣體運動規(guī)律及氨氣濃度分布情況，確定最佳的噴嘴位置及噴嘴間距。 由于氨的毒性，目前開展局部空間的流體試驗尚有困難，本文通過仿真手段，得到噴淋系統(tǒng)的布置方案，需要以后進(jìn)一步進(jìn)行驗證和調(diào)整，但是對目前氨泄漏應(yīng)急救援技術(shù)方面，可以提供理論上的參考。
【學(xué)位單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2013
【中圖分類】：X928.5
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景和意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 歷史發(fā)展
        1.2.2 氣體泄漏擴(kuò)散研究現(xiàn)狀
        1.2.3 噴淋系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
    1.3 主要研究內(nèi)容
第2章 數(shù)值模擬及數(shù)值模型建立
    2.1 計算流體力學(xué) CFD
        2.1.1 CFD 軟件基本原理
        2.1.2 CFD 軟件結(jié)構(gòu)
        2.1.3 前處理 GAMBIT
        2.1.4 FLUENT
        2.1.5 后處理器 ORIGIN
        2.1.6 CFD 求解流程
    2.2 數(shù)學(xué)模型建立
        2.2.1 氣相流場模型
        2.2.2 離散相模型
        2.2.3 離散相與連續(xù)相耦合
        2.2.4 噴嘴霧化模型
        2.2.5 液滴破碎模型
        2.2.6 NH3吸收模型
    2.3 本章小結(jié)
第3章 制冷站氨泄漏擴(kuò)散 FLUENT 模擬
    3.1 計算空間的確定
    3.2 制冷站的數(shù)值模擬處理
        3.2.1 模擬模型網(wǎng)格劃分
        3.2.2 求解器的選擇
        3.2.3 湍流模型的選擇
        3.2.4 組分輸運模型的選擇
        3.2.5 數(shù)值計算方法的選擇
    3.3 初始條件及邊界條件的確定
        3.3.1 液氨泄漏量數(shù)值模擬
        3.3.2 泄漏量數(shù)值計算結(jié)果與理論結(jié)果對比
        3.3.3 液氨蒸發(fā)量確定
        3.3.4 邊界條件確定
    3.4 模擬結(jié)果及分析
        3.4.1 氨氣擴(kuò)散中毒區(qū)域
        3.4.2 氨氣擴(kuò)散爆炸區(qū)域分析
        3.4.3 氨氣擴(kuò)散溫度場分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 噴淋系統(tǒng)對制冷站流場的影響
    4.1 噴嘴工作壓力的確定
    4.2 噴嘴邊墻布置流場分布及分析
        4.2.1 噴嘴邊墻布置對氨泄漏中毒區(qū)域的影響
        4.2.2 噴嘴邊墻布置對氨泄漏爆炸區(qū)域的影響
    4.3 噴嘴頂板布置對制冷站流場的影響
        4.3.1 噴嘴個數(shù)對氨泄漏中毒區(qū)域的影響
        4.3.2 噴嘴個數(shù)對氨泄漏爆炸區(qū)域的影響
    4.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2859764